L’équipe montre un grand potentiel pour les cellules solaires à pérovskite purement inorganiques pour améliorer l’efficacité des cellules solaires


L'équipe montre un grand potentiel pour les cellules solaires à pérovskite purement inorganiques pour améliorer l'efficacité des cellules solaires

Les pérovskites inorganiques peuvent être bien comparées à leurs homologues hybrides en termes d’efficacité. Crédit photo : Xie Zhang

Les pérovskites hybrides organiques-inorganiques ont déjà montré des rendements photovoltaïques élevés de plus de 25 %. La sagesse dominante dans ce domaine est que les molécules organiques (contenant du carbone et de l’hydrogène) dans le matériau sont essentielles pour réaliser cet exploit impressionnant, car elles sont censées supprimer la recombinaison des porteurs de charge assistée par défaut.

De nouvelles recherches à la division des matériaux de l’UC Santa Barbara ont montré non seulement que cette hypothèse est fausse, mais aussi que les matériaux purement inorganiques ont le potentiel de surpasser les pérovskites hybrides. Les résultats sont publiés dans l’article « All-Inorganic Halide Perovskites as Candidate for Efficiency Solar Cells » qui apparaît en couverture du magazine le 20 octobre. Rapports cellulaires science physique.

« Pour comparer les matériaux, nous avons effectué des simulations approfondies des mécanismes de recombinaison », explique Xie Zhang, chercheur principal de l’étude. « Lorsque la lumière tombe sur un matériau de cellule solaire, les porteurs de charge photogénérés génèrent un courant ; la recombinaison au niveau des défauts détruit certains de ces porteurs de charge et diminue ainsi le rendement. Les défauts agissent ainsi comme des tueurs d’efficacité. »

Pour comparer les pérovskites inorganiques et hybrides, les chercheurs ont examiné deux matériaux prototypes. Les deux matériaux contiennent des atomes de plomb et d’iode, mais dans un matériau, la structure cristalline est complétée par l’élément inorganique césium, tandis que dans l’autre, la molécule organique de méthylammonium est présente.

Trier ces processus expérimentalement est extrêmement difficile, mais des calculs de pointe en mécanique quantique peuvent prédire avec précision les taux de recombinaison grâce à une nouvelle méthodologie développée dans le groupe de professeurs de matériaux de l’UCSB Chris Van de Walle, Turiansky, un étudiant diplômé senior du groupe avec qui Écriture du code pour calculer les taux de recombinaison.

« Nos méthodes sont très puissantes pour déterminer quels défauts sont à l’origine de la perte de la porteuse », a déclaré Turiansky. « Il est passionnant de voir comment l’approche est appliquée à l’un des problèmes les plus critiques de notre temps, à savoir la production efficace d’énergies renouvelables. »

La réalisation des simulations a montré que les défauts communs aux deux matériaux conduisent à des degrés de recombinaison comparables (et relativement bénins). Cependant, la molécule organique de la hybride peut s’ouvrir ; lorsque les atomes d’hydrogène sont perdus, les « lacunes » résultantes réduisent considérablement l’efficacité. La présence de la molécule est donc plus un inconvénient qu’un avantage pour l’efficacité globale du matériau.

Alors pourquoi cela n’a-t-il pas été remarqué expérimentalement ? Principalement parce qu’il est plus difficile de faire pousser des couches de haute qualité des matériaux complètement inorganiques. Ils ont tendance à adopter des structures cristallines différentes et davantage d’expérimentations sont nécessaires pour favoriser la formation de la structure souhaitée. Cependant, des recherches récentes ont montré que la réalisation de la structure préférée est parfaitement réalisable. La difficulté, cependant, explique pourquoi les pérovskites purement inorganiques n’ont pas reçu autant d’attention.

« Nous espérons que notre connaissance de l’efficacité attendue stimulera d’autres activités dans la fabrication de pérovskites inorganiques », a conclu Van de Walle.


L’hydrogène dans les pérovskites hybrides est moins innocent qu’il n’y paraît


Plus d’information:
Xie Zhang et al., Pérovskites aux halogénures entièrement inorganiques en tant que candidats pour des cellules efficaces, Rapports cellulaires science physique (2021). DOI : 10.1016 / j.xcrp.2021.100604

Fourni par l’Université de Californie – Santa Barbara

Citation: L’équipe montre un grand potentiel pour les cellules solaires à pérovskite purement inorganiques pour l’efficacité des cellules solaires (2021, 14 octobre), consulté le 15 octobre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-10-team-great-all- inorganique-perowskit-solar.html

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